Aká je povrchová úprava kovových 3D tlačených dielov?

Aká je povrchová úprava kovových 3D tlačených dielov?

Ako skúsený poskytovateľ v odvetví kovovej 3D tlače som bol svedkom pozoruhodného vývoja tejto technológie a jedinečných vlastností, ktoré dodáva konečným produktom. Jedna z najčastejších otázok našich klientov sa týka povrchovej úpravy kovových 3D tlačených dielov. V tomto blogovom príspevku sa ponorím do zložitosti tejto témy a preskúmam faktory, ktoré ovplyvňujú povrchovú úpravu, typický vzhľad týchto častí a metódy na jej zlepšenie.

Pochopenie základov povrchovej úpravy kovovej 3D tlače

Kovová 3D tlač, známa aj ako aditívna výroba, vytvára diely vrstvu po vrstve z kovového prášku. Na rozdiel od tradičných výrobných metód, ako je obrábanie alebo odlievanie, ktoré začínajú s pevným blokom materiálu a odstraňujú prebytok, aby vytvorili požadovaný tvar, 3D tlač pridáva materiál presne tam, kde je to potrebné. Tento zásadný rozdiel vo výrobnom procese má významný vplyv na povrchovú úpravu finálneho dielu.

Povrchová úprava kovových 3D tlačených dielov sa zvyčajne vyznačuje trochu drsnou textúrou. Je to predovšetkým kvôli povahe procesu nanášania vrstvy po vrstve. Každá vrstva kovového prášku sa spája pomocou vysokoenergetického zdroja, ako je laser alebo elektrónový lúč. Počas tohto procesu roztavený kov tuhne a na povrchu môžu byť viditeľné hranice medzi vrstvami, čo má za následok stupňovitý alebo zvlnený vzhľad.

Faktory ovplyvňujúce povrchovú úpravu

Povrchovú úpravu kovových 3D tlačených dielov môže ovplyvniť viacero faktorov. Pochopenie týchto faktorov je rozhodujúce pre dosiahnutie požadovanej kvality povrchu.

• Proces tlače:Rôzne procesy kovovej 3D tlače môžu produkovať rôzne povrchové úpravy. Napríklad procesy fúzie v práškovom lôžku, ako je selektívne tavenie laserom (SLM) a tavenie elektrónovým lúčom (EBM), vo všeobecnosti vedú k drsnejšiemu povrchu v porovnaní s procesmi nanášania s riadenou energiou (DED). Je to preto, že fúzia práškového lôžka zahŕňa tavenie jednotlivých práškových častíc, čo môže viesť k nepravidelnejšej topografii povrchu.
• Vlastnosti materiálu:Druh kovu použitého v procese 3D tlače môže tiež ovplyvniť povrchovú úpravu. Niektoré kovy, ako je hliník a titán, majú tendenciu mať hladšiu povrchovú úpravu v porovnaní s inými, ako je nehrdzavejúca oceľ. Je to spôsobené rozdielmi v ich bodoch topenia, tepelnej vodivosti a správaní sa pri tuhnutí.
• Parametre tlače:Parametre tlače, ako je výkon lasera, rýchlosť skenovania a hrúbka vrstvy, hrajú kľúčovú úlohu pri určovaní povrchovej úpravy. Optimalizácia týchto parametrov môže pomôcť znížiť drsnosť povrchu a zlepšiť celkovú kvalitu dielu. Napríklad zníženie hrúbky vrstvy môže viesť k hladšiemu povrchu, ale môže tiež predĺžiť čas tlače.
• Následné spracovanie:Techniky následného spracovania môžu výrazne zlepšiť povrchovú úpravu kovových 3D tlačených dielov. Tieto techniky zahŕňajú obrábanie, leštenie, pieskovanie a chemické leptanie. Na odstránenie drsnej vonkajšej vrstvy dielu a dosiahnutie presnej rozmerovej presnosti možno použiť opracovanie. Leštenie môže ešte viac vyhladiť povrch a zlepšiť jeho vzhľad. Pieskovanie sa môže použiť na odstránenie akýchkoľvek zostávajúcich častíc prášku a vytvorenie jednotnej povrchovej štruktúry. Chemické leptanie sa môže použiť na selektívne odstránenie materiálu z povrchu a vytvorenie špecifického vzoru alebo povrchovej úpravy.

Typický vzhľad kovových 3D tlačených dielov

Povrchová úprava kovových 3D tlačených dielov sa môže líšiť v závislosti od vyššie uvedených faktorov. Vo všeobecnosti však tieto diely majú odlišný vzhľad, ktorý ich odlišuje od tradične vyrábaných dielov.

• Hrubá textúra:Ako už bolo spomenuté, kovové 3D tlačené časti majú zvyčajne hrubú textúru v dôsledku procesu nanášania vrstvy po vrstve. Povrch sa môže javiť ako zrnitý alebo má stupňovitý vzor, ​​najmä na zakrivených alebo šikmých povrchoch.
• Pórovitosť:Kovové 3D tlačené časti môžu tiež vykazovať určitú pórovitosť, čo je prítomnosť malých dutín alebo otvorov v materiáli. Môže to byť spôsobené neúplným roztavením častíc prášku alebo prítomnosťou bublín plynu počas procesu tlače. Pórovitosť môže ovplyvniť mechanické vlastnosti súčiastky a možno ju bude potrebné riešiť pomocou techník následného spracovania.
• Povrchové chyby:V niektorých prípadoch môžu mať kovové 3D tlačené časti povrchové chyby, ako sú praskliny, delaminácia alebo deformácia. Tieto chyby môžu byť spôsobené rôznymi faktormi, vrátane nesprávnych parametrov tlače, nečistôt v materiáli alebo tepelného namáhania počas procesu tlače. Detekcia a odstránenie týchto chýb je rozhodujúce pre zabezpečenie kvality a spoľahlivosti dielu.

Zlepšenie povrchovej úpravy kovových 3D tlačených dielov

Aj keď povrchová úprava kovových 3D tlačených dielov nemusí byť taká hladká ako u tradične vyrábaných dielov, existuje niekoľko spôsobov, ako ju vylepšiť.

• Optimalizácia parametrov tlače:Ako už bolo spomenuté, optimalizácia parametrov tlače môže pomôcť znížiť drsnosť povrchu a zlepšiť celkovú kvalitu dielu. To môže zahŕňať úpravu výkonu lasera, rýchlosti skenovania, hrúbky vrstvy a ďalších parametrov na základe konkrétneho materiálu a geometrie dielu.
• Techniky dodatočného spracovania:Techniky následného spracovania môžu výrazne zlepšiť povrchovú úpravu kovových 3D tlačených dielov. Tieto techniky zahŕňajú obrábanie, leštenie, pieskovanie a chemické leptanie. Na odstránenie drsnej vonkajšej vrstvy dielu a dosiahnutie presnej rozmerovej presnosti možno použiť opracovanie. Leštenie môže ešte viac vyhladiť povrch a zlepšiť jeho vzhľad. Pieskovanie sa môže použiť na odstránenie akýchkoľvek zostávajúcich častíc prášku a vytvorenie jednotnej povrchovej štruktúry. Chemické leptanie sa môže použiť na selektívne odstránenie materiálu z povrchu a vytvorenie špecifického vzoru alebo povrchovej úpravy.
• Použitie podporných štruktúr:Nosné konštrukcie sa často používajú v kovovej 3D tlači, aby sa zabránilo zrúteniu dielu počas procesu tlače. Tieto nosné konštrukcie však môžu zanechať stopy na povrchu dielu. Opatrné odstránenie nosných štruktúr a použitie vhodných techník následného spracovania môže pomôcť minimalizovať tieto stopy a zlepšiť povrchovú úpravu.
• Povrchová úprava:Aplikácia povrchovej úpravy na kovový 3D tlačený diel môže tiež zlepšiť jeho povrchovú úpravu a poskytnúť dodatočnú ochranu. Povrchové nátery môžu zahŕňať farby, prášky alebo galvanické pokovovanie. Tieto povlaky môžu zlepšiť vzhľad dielu, zlepšiť jeho odolnosť proti korózii a znížiť trenie.

Aplikácia kovových 3D tlačených dielov s rôznymi povrchovými úpravami

Povrchová úprava kovových 3D tlačených dielov môže mať významný vplyv na ich výkon a aplikácie. Tu je niekoľko príkladov aplikácií, kde sú potrebné rôzne povrchové úpravy:

• Letectvo a obrana:V leteckom a obrannom priemysle sa kovové 3D tlačené diely často používajú v kritických aplikáciách, kde sa vyžaduje vysoká pevnosť, nízka hmotnosť a presná rozmerová presnosť. Tieto časti môžu potrebovať hladký povrch, aby sa znížil odpor vzduchu a zlepšila aerodynamika. napr.Hliníkové sacie potrubia pre 3D tlačmôže ťažiť z hladkej povrchovej úpravy na zlepšenie prúdenia vzduchu a paliva do motora.
• Lekárske a zubné:V lekárskom a zubnom priemysle sa kovové 3D tlačené diely používajú na rôzne aplikácie vrátane implantátov, protetiky a chirurgických nástrojov. Tieto časti môžu potrebovať hladký povrch, aby sa znížilo riziko infekcie a zlepšilo pohodlie pacienta. Napríklad 3D tlačené zubné implantáty môžu ťažiť z hladkej povrchovej úpravy na podporu osseointegrácie a zníženie rizika periimplantitídy.
• Automobilový priemysel:V automobilovom priemysle sa kovové 3D tlačené diely používajú na rôzne aplikácie vrátane komponentov motora, častí zavesenia kolies a brzdových strmeňov. Tieto časti môžu potrebovať hladký povrch, aby sa znížilo trenie a zlepšil sa výkon. napr.Potrubie motora 3D tlačemôže ťažiť z hladkej povrchovej úpravy na zlepšenie prúdenia vzduchu a paliva do motora a zlepšenie účinnosti spaľovania.
• Nástroje a výroba:V nástrojárskom a spracovateľskom priemysle sa kovové 3D tlačené diely používajú na rôzne aplikácie vrátane foriem, matríc a prípravkov. Tieto diely môžu potrebovať hladký povrch, aby sa zlepšila kvalita produktov, ktoré vyrábajú. Napríklad 3D tlačené formy môžu ťažiť z hladkej povrchovej úpravy, aby sa znížilo trenie medzi formou a obrobkom a zlepšila sa povrchová úprava lisovaného dielu.

Záver

Povrchová úprava kovových 3D tlačených dielov je komplexná téma, ktorú ovplyvňuje viacero faktorov vrátane procesu tlače, vlastností materiálu, parametrov tlače a techník postprocesingu. Zatiaľ čo tieto časti majú zvyčajne trochu drsnú štruktúru v dôsledku procesu nanášania vrstvy po vrstve, existuje niekoľko spôsobov, ako zlepšiť ich povrchovú úpravu a dosiahnuť požadovanú kvalitu. Pochopenie faktorov, ktoré ovplyvňujú povrchovú úpravu a výber vhodných techník následného spracovania môže pomôcť zabezpečiť výkon a spoľahlivosť kovových 3D tlačených dielov v rôznych aplikáciách.

Ak máte záujem dozvedieť sa viac o kovovej 3D tlači a ako môže byť prínosom pre vaše podnikanie, alebo máte špecifické požiadavky na povrchovú úpravu vašich dielov, neváhajte nás kontaktovať. Náš tím odborníkov je tu, aby vám pomohol dosiahnuť najlepšie možné výsledky s vašimi projektmi kovovej 3D tlače.

Referencie

• Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2010). Technológie aditívnej výroby: rýchle prototypovanie až po priamu digitálnu výrobu. Springer Science & Business Media.
• Kruth, JP, Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007). Pokrok v oblasti aditívnej výroby a rýchleho prototypovania. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 56(2), 525-546.
• Wohlers, T. a Gornet, P. (2018). Wohlersova správa 2018: 3D tlač a aditívna výroba Stav priemyslu. Wohlers Associates.